정전기로 전자기기 충전한다?!
정전기로 전자기기 충전한다?!
  • 강지희
  • 승인 2019.06.18 21:45
  • 조회수 2074
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

이놈의 정전기! 출처: 영화 '패딩턴2'
이놈의 정전기! 출처: 영화 '패딩턴2'

정전기는 마찰로 인해 일어나는 전기입니다. 마찰로 전기가 발생하는 이유는 원자 구조를 보면 알 수 있습니다. 원자는 전자 질량의 1천 8백 60배나 되는 원자핵과 그 주위를 도는 전자들로 구성돼 있습니다. 일반적으로 물체가 전기를 띄지 않는 이유는 전자수와 양성자수가 같기 때문입니다. 전기적으로 '중성'이라는 의미죠.

 

하지만 마찰을 시키면 질량이 가벼운 전자는 영향을 받아 마찰시킨 다른 물체로 이동합니다. 질량이 큰 원자핵은 영향을 받지 않아 같은 위치에 있죠. 그 결과 전자가 나가버린 쪽은 (+)전하를 갖고 전자가 이동한 쪽은 (-)전하를 갖습니다. 이 전하 차이가 생기면서 정전기가 발생하는 것이죠. 첨단 기술에서도 정전기는 피하고 싶은 현상이라고 합니다. 특히 반도체 제조 라인에서는 정전기가 웨이퍼의 패턴을 파괴해 칩을 불량 상태로 만들 수 있습니다. 

출처: fotolia
정전기! 출처: fotolia

일상 속에서도 정전기는 여간 성가신 현상이 아닌데요. 주유소에서 정전기로 인한 발화가 일어날 경우 큰 피해로 이어질 수 있습니다. 한국기술연구원 전자재료연구단 성현철 박사, 강종윤 단장 연구팀은 생활 속 불편한 정전기를 유용하게 이용하는 방법을 찾았다고 합니다. <Sciencedirect>에 게재된 논문에 따르면 연구진은 정전기를 활용해 실내 전자기기에 이용할 수 있는 전기를 생산하는 스펀지 형태의 고내구성 및 고출력 나노 발전기를 개발했다고 합니다.

 

에너지 하베스팅

 

연구진은 정전기를 새로운 에너지로 활용했다고 하는데요. 이는 에너지 하베스팅(Energy havesting) 기술의 일종입니다. 에너지 하베스팅이란 우리 주변에서 버려지는 에너지를 수확해 우리가 쓸 수 있는 전기 에너지로 바꾸는 기술을 말합니다. 첨단 반도체 및 전기전자 기술이 발전함에 따라 수십 나노와트(nW)의 작은 전력만으로도 구동이 가능한 여러 전자기기가 개발돼 배터리나 전선 연결 없이 주변에서 수확한 전기 에너지만으로 구동하는 전자소자들이 개발됐습니다. 에너지 하베스팅이 세계적으로 주목받는 이유입니다.

증기캡슐공정 원리와 이를 이용해 제작된 실리콘 스폰지의 현미경 사진. 출처: KIST
증기캡슐공정 원리와 이를 이용해 제작된 실리콘 스폰지의 현미경 사진. 출처: KIST

연구진은 증기캡슐공정을 이용해 물과 실리콘만으로 미세 기공을 갖는 실리콘 스펀지를 짧은 시간 내에 간단히 제작할 수 있는 방법을 개발했습니다. 증기캡슐공정이란 증기의 열운동 에너지를 이용해 PDMS와 같은 매질에 수증기를 침투시겨 다공성 구조체를 만드는 기술을 말하는데요. 이때 형성된 미세 기공이 전체 표면적과 정전 용량을 향상시킨 덕에 정전기 발생량이 크게 증가했으며 연구진은 이를 이용해 고내구성 및 고출력을 지닌 정전기 나노 발전기를 개발했습니다.

 

기존의 나노 발전기는 복잡하고 어려운 공정이 필요했습니다. 하지만 연구진이 개발한 공정을 이용하면 제작 시간과 비용을 크게 단축시킬 수 있다고 합니다. 연구진은 또한 증기캡슐공정의 변수들을 면밀히 조사해 다공성 구조의 제어방법을 확립했습니다. 다공성 구조는 체적의 15~95% 정도가 기공으로 이루어진 구조로 기존의 치밀한 구조가 가지지 못하는 새로운 특성을 가진 구조를 말합니다. 이런 다공성 실리콘 소재는 여러 연구 분야에 다양하게 활용될 전망이라고 합니다.

 

연구진은 개발한 정전기 나노 발전기를 이용해 실제 실내온도나 위치 등을 파악하는 블루투스 무선 센서를 구현하는 데 성공했다고 합니다. 연구진이 개발한 정전기 나노 발전기는 향후 사물인터넷을 포함하여 무선 센서 네트워크나 웨어러블 전자기기의 자율전원으로 핵심적 역할을 수행할 수 있을 것으로 보입니다.

 

앞으로의 전망

송현철 박사와 강종윤 단장. 출처: KIST
송현철 박사와 강종윤 단장. 출처: KIST

본 연구를 주도한 KIST 송현철 선임연구원은 "이번 연구 결과로 쉽고 간단한 공정을 이용하여 다공성 구조를 제작했다는 데 큰 의의가 있으며, 기존의 에너지 하베스팅 발전장치보다 가격·성능·내구성 면에서 높은 경쟁력을 가진 혁신적인 제품이 될 것으로 기대한다"고 언급했습니다. KIST 강종윤 책임연구원은 "현재 여러 가지 에너지 하베스팅 기술들을 개발 중에 있다. 이번 연구 결과로 다양한 환경에서 센서 네트워크의 자가발전을 위한 핵심적 역할을 수행할 수 있기를 기대한다"고 밝혔습니다.

 

##참고자료##

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2019 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트